Геология, вещественный состав и палеогеодинамическая природа воронежской свиты и сопряженных с ней комплексов (воронежский кристаллический массив)

На правах рукописи

БОНДАРЕНКО СВЕТЛАНА ВЛАДИМИРОВНА

ГЕОЛОГИЯ, ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ

И ПАЛЕОГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА

ВОРОНЕЖСКОЙ СВИТЫ

И СОПРЯЖЕННЫХ С НЕЙ КОМПЛЕКСОВ

(ВОРОНЕЖСКИЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАССИВ)

Специальность 25.00.01 – Общая и региональная геология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Саратов

2009

Работа выполнена на кафедре общей геологии и геодинамики

ГОУ ВПО «Воронежский государственный университет»

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Ненахов Виктор Миронович

(ГОУ ВПО «ВГУ», г. Воронеж)

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Короновский Николай Владимирович

(МГУ имени М.В.Ломоносова, г. Москва)

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Староверов Вячеслав Николаевич

(ГОУ ВПО «СГУ», г. Саратов)

Ведущая организация: ООО «Воронежгеология»

(г. Воронеж)

Защита состоится «16» декабря 2009 г. в 1400 на заседании Диссертационного совета

ДС 212.243.08 при Саратовском государственном университете имени Н.Г.Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83, Геологический факультет, корпус 1, ауд. 53

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Саратовского государственного университета имени Н.Г.Чернышевского

Автореферат разослан «____» ноября 2009 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета ДС 212.243.08 /Гончаренко О.П./

доктор геолого-минералогических наук

Телефон для справок: 8 (4732) 208-926; факс: 8 (4732) 208-926; 8 (4732) 208-989

E-mail: [email protected]

Актуальность работы. Геодинамическое моделирование – неотъемлемая часть региональных исследований. Для Воронежского кристаллического массива (ВКМ) существует несколько вариантов моделей, где вариативность связана с неоднозначностью в интерпретации Лосевской шовной зоны (ЛШЗ) и, прежде всего, важнейшего её элемента – воронежской свиты. Существует ряд точек зрения относительно формирования воронежской свиты в объеме ЛШЗ. Согласно одной из них воронежская свита сформировалась в постколлизионных условиях на этапе тафрогенеза (Чернышов и др., 1997). Главным аргументом этой точки зрения является то, что структурно воронежская свита залегает на всех палеопротерозойских и более ранних структурно-вещественных комплексах (СВК) кристаллического фундамента. Согласно другой, - воронежская свита занимает верхнее структурное положение, благодаря шарьированию в доколлизионное время (Ненахов, 1999). В основе таких представлений лежит то, что в поле распространения воронежской свиты развиты породы ольховского комплекса, с возрастом 2050±23 млн. лет (U-Pb) (Чернышов и др., 1998), в то время как возраст коллизии, датированный по типичным коллизионным гранитоидам бобровского комплекса 2022±3 млн. лет (U-Pb) (Минерагенические…, 2007). Третья точка зрения предполагает рассмотрение воронежской свиты в составе лосевской серии, сформировавшейся в пределах активной окраины Сарматии (Щипанский и др., 2007).

Актуальность данной работы диктуется необходимостью установления палеогеодинамических условий формирования воронежской свиты, позволяющих внести коррективы в существующую модель развития ВКМ и оптимизировать её прогностические минерагенические возможности.

Цели и задачи исследования. Целью работы является определение граничных геологических признаков воронежской свиты для создания непротиворечивой геодинамической модели формирования воронежской свиты в контексте общего развития ВКМ. Модель предполагает выяснение палеогеодинамических условий формирования, уточнение генетической природы и определение положения воронежской свиты в вертикальном и горизонтальном рядах СВК палеопротерозоя ВКМ. Для достижения поставленной цели потребовалось последовательно решить ряд задач, в том числе: 1) осуществить комплексное изучение вещественного состава СВК воронежской свиты и сопряженных с ней комплексов; 2) определить граничные признаки СВК воронежской свиты; 3) установить относительный и изотопный возраст отложений воронежской свиты; 4) реконструировать палеогеографические и палеотектонические условия образования воронежской свиты.

Фактический материал, методы исследования и личный вклад автора. Автором обработан и проанализирован разнообразный геологический, петрохимический, геохимический, изотопно-геохронологический материал. Результаты исследования базировались на фондовых и опубликованных материалах по изучению воронежской свиты различными исследователями, начиная с 1959г. и авторских исследованиях, включающих изучение более 250 шлифов по 6 буровым скважинам, а также обработку: 1) результатов свыше 400 силикатных анализов по воронежской свите и сопряженным с ней СВК (включая аналитический материал предыдущих исследований (Иванов, Молотков, 1982; Богданов и др., 1972-1981; Терентьев, 2004; Рыборак, 1999)); 2) результатов десяти Sm/Nd изотопно-геохимических анализов; 3) результатов анализов элементов-примесей методом ICP-MS (40); 4) 10 определений возраста по циркону по технологии SHRIMP II. Определение элементов-примесей выполнено в аналитическом центре ИЗК СО РАН г. Иркутск, Sm/Nd изотопно-геохимический анализ - в аналитическом центре КНЦ РАН г. Апатиты. Геохронологическое определение возраста выполнено в аналитическом центре ВСЕГЕИ.

В качестве методологического инструмента автором применялся геодинамический анализ, широко используемый при региональных исследованиях.

Обработка информации осуществлялась при помощи методов математической статистики на ЭВМ с использованием программного пакета «Microsoft Office» и ряда специализированных программ («Statistic plus for Windows 6.0», «PetroExplorer», «Magma», «Petrograph 1.0.5»), графика и фотоматериал обработан с помощью программ «Strater», «CorelDraw 13.0», «HeliconFocus», «PhotoShop CS3», «Adobe Illustrator CS3».

Новизна и практическая значимость. Впервые породы воронежской свиты и Байгоровской вулканоплутонической структуры (БВПС) рассмотрены как составные части (элементы) единой системы, образующей непрерывный вертикальный геодинамический ряд, для которого получены геохронологические данные по цирконам (SRIMP-II), изучено поведение редких и редкоземельных элементов (ICP-MS), произведена Sm-Nd изотопия. Установлена геохимическая гетерогенность вулканитов БВПС и их формирование за счет полигенного магматического центра. В результате изучения геологии, обобщения всего имеющегося структурно-геологического, петрологического материала с привлечением изотопно-геохимических и геохронологических данных предложена модель формирования воронежской свиты в рамках эволюции ЛШЗ. Дана новая интерпретация природы шукавского комплекса, что предполагает внести в существующую легенду раннего докембрия ВКМ ряд существенных изменений относительно шукавского, ольховского комплексов, БВПС, а также пересмотреть их минерагенический потенциал. Кроме того, перерыв и структурное несогласие в основании воронежской свиты перспективны в отношении уранового оруденения, серпентинитовый меланж шукавского комплекса – на предмет хромитового и платинометального оруденения, а БВПС – на золото. Полученные результаты предполагается использовать при геолого-съёмочных и поисковых работах по ВКМ, при реконструкции геодинамических и палеофациальных режимов формирования докембрийских СВК региона, а также минерагенических исследованиях.

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 2 рекомендованных ВАК. Результаты работы докладывались на VIII и IX Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (г. Саратов 2007, 2008 г.г.); XVIII Молодёжной научной конференции, посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О.Кратца «Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии» (г. Санкт-Петербург, 2007 г.); IV Международной конференции студентов и аспирантов, посвященной 175-летию со дня рождения А.Поля (г. Днепропетровск, 2007 г.), XXI и XXII Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (г. Иркутск, 2007 – 2008 гг..); IV Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (г. Новосибирск, 2008); Межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодые - наукам о земле» (г.Москва, 2008 г.), Международной конференции «Месторождения природного и техногенного минерального сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поисков, экологическая геология», посвящённой 90-летию Воронежского государственного университета (г. Воронеж, 2008); I Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти акад. А.П.Карпинского (г. Санкт-Петербург, 2009 г.).

Объем и структура работы. Объём диссертации составляет 218 стр., в числе которых 57 рисунков, 22 фотографии, 24 таблицы. Диссертация представлена в четырех главах, введении, заключении и библиографическом списке литературы, включающем 281 наименование.

Во введении поясняется актуальность и новизна работы, указываются цель и задачи, приводятся данные по фактическому материалу и структуре работы, формулируются защищаемые положения диссертации.

Первая глава посвящена методическим аспектам исследования, которые использовались для решения поставленных задач. В их основе лежит геодинамический анализ. Исследования последних двух десятилетий показали его высокую эффективность за счет многоаспектности и универсализма.

Во второй главе обобщена и систематизирована история изучения воронежской свиты, где в хронологической последовательности приводится эволюция взглядов исследователей на геологию, происхождение и её структурно-формационную принадлежность. Проанализированы основные проблемные моменты в гипотезах формирования, как самой воронежской свиты, так и сопряженных с ней комплексов.

В третьей главе дана краткая характеристика геологического строения ВКМ, анализируются геология, вещественный состав воронежской свиты и сопряженных с ней наиболее важных СВК. Обосновывается положение воронежской свиты в вертикальном и горизонтальном геодинамических рядах СВК палеопротерозоя ВКМ. Приводятся данные в пользу формирования отложений стрелицкой толщи лосевской серии в условиях деструкции континентальной коры, а пород подгоренской толщи лосевской серии – в условиях заложения и развития активной окраины, шукавский комплекс рассматривается в качестве фрагмента офиолитового шва. Материалы данной главы легли в основу 1-го и 3-го защищаемых положений.

В четвертой главе приводятся данные, позволяющие уточнить возрастное положение воронежской свиты в вертикальном ряду СВК ВКМ палеопротерозойского возраста. Устанавливаются закономерности распределения петрогенных окислов и элементов-примесей, изотопных отношений в породах воронежской свиты и сопряженных с ней СВК. На основании обобщения представлений о строении воронежской свиты и сопряженных с ней СВК, аналитических данных и геологических признаков СВК современных геодинамических обстановок установлены геодинамические условия формирования отложений воронежской свиты. С учетом указанного выше, пересмотрена и уточнена модель формирования ЛШЗ. Приводимые в главе выводы легли в основу 2-го и 3-го защищаемых положений.

В заключительной части диссертации изложены основные выводы, полученные в результате исследований.

Защищаемые положения:

1. Воронежская свита и Байгоровская вулканоплутоническая структура принадлежат единому вертикальному геодинамическому ряду, отвечающему позднеорогенному этапу развития Воронежского кристаллического массива.
2. Структурно-вещественные комплексы позднеколлизионного вертикального геодинамического ряда сформировались в возрастном интервале 2050-2030 млн.л.
3. Структурно-вещественные комплексы позднеколлизионного вертикального геодинамического ряда завершают эволюцию Лосевской шовной зоны, в целом включающей три этапа: деструкцию Сарматии (стрелицкое время), заложение и развитие активной окраины (подгоренское время) и последующий орогенез (коллизию), заключительная стадия которого проявилась в воронежское время.

Благодарности. Работа выполнена на кафедре общей геологии и геодинамики Воронежского государственного университета под руководством доктора геолого-минералогических наук профессора В.М.Ненахова, которому автор глубоко благодарен и признателен за чуткое руководство, ценные советы при обсуждении материалов исследования и помощь на всех стадиях подготовки диссертации. Особую благодарность автор выражает кандидатам геол.-мин. наук Ю.Н.Стрику, В.В.Багдасаровой, И.П.Лебедеву, Р.А.Терентьеву, В.Ю.Скрябину за любезно предоставленный каменный материал, а также советы, замечания и критику в процессе исследований. Ценные советы были получены со стороны М.И.Шабалина, чл.-корр. РАН проф. Н.М.Чернышова, доктора геол.-мин. наук проф. В.И.Сиротина, кандидата геол.-мин. наук В.И.Жаворонкина. Автор выражает благодарность Г.С.Золотарёвой, Д.А.Воронину за помощь в подготовке материалов для аналитических методов исследования, А.Г.Маникину и Н.В.Холиной за участие в оформлении графических приложений. Автор признателен сотрудникам аналитических центров и лабораторий, в которых были получены результаты по геохимии и изотопии, составившие важную часть данной работы: сотрудникам аналитического центра ВСЕГЕИ (г.Санкт-Петербург) и ИЗК СО РАН (г.Иркутск), А.П.Серову и С.Н.Дьякову (КНЦ РАН, г.Апатиты), С.М.Пилюгину (ВГУ, г.Воронеж)), а также доктору геол.-мин. наук Т.Б.Баяновой за помощь в организации производства изотопного анализа на базе КНЦ РАН (г.Апатиты) и чл.-корр. РАН Е.В.Склярову за обеспечение анализа редких и редкоземельных элементов методом ICP-MS в аналитическом центре ИЗК СО РАН (г.Иркутск). Автор выражает искреннюю благодарность всем коллегам по работе за отзывчивость и поддержку в ходе подготовки работы, а так же глубокую признательность своим родителям за терпение, понимание и поддержку во время всего периода работы над диссертацией.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Первое защищаемое положение: Воронежская свита и Байгоровская вулканоплутоническая структура (БВПС) принадлежат единому вертикальному геодинамическому ряду, отвечающему позднеорогенному этапу развития Воронежского кристаллического массива (ВКМ).

Вопрос о соотношении воронежской свиты и БВПС до настоящего времени не имел однозначного ответа [1]. В то же время он является ключевым, как для определения возрастных границ формирования свиты, так и уточнения её палеогеодинамической природы. С одной стороны, исключительная приуроченность достаточно специфической вулканоплутонической структуры только к полям распространения пород свиты наталкивает на мысль об устойчивой связи описываемых СВК, с другой – существуют данные о незначительных различиях в степени их метаморфизованности.

Воронежская свита. Ареал распространения воронежской свиты по геофизическим данным пространственно приурочен к центральной части ЛШЗ (рис. 1.) (ограничен широтами г.Воронежа и г.Липецка) (по В.М.Богданову, 1981). Воронежская свита в поле распространения лосевской серии пространственно занимает несколько разобщенных ареалов, ограниченных разрывными нарушениями. Наиболее крупный из ареалов – Ольховско-Шукавский блок. От южной границы Ольховско-Шукавского блока образования воронежской свиты распространены вдоль Лосевско-Мамонского разлома в полосе шириной от 1 до 5 км (до широты п.Кантемировка).

Вулканомиктовые образования воронежской свиты характеризуются ритмично-слоистым строением с относительно пологими углами падения ( 20° редко до 40° - 60°) (рис. 2). Насчитывают до 30 ритмов. Характер ритмичности непостоянен. В нижней части разреза преобладают неполные ритмы (мощность 0,2 – 30,0 м), представленные вулканомиктовыми песчаниками и гравелитами в основании, в которых вверх по разрезу появляется «плавающая» галька. Полные ритмы в основании сложены средне-, крупногалечными конгломератами (мощность до 60 м), сменяющимися вверх по разрезу мелкогалечными конгломератами, грубо-, среднезернистыми гравелитами, средне-, мелкозернистыми вулканомиктовыми песчаниками с редкой «плавающей» галькой. Верхние части разреза воронежской свиты сложены чередующимися тонко- и мелкозернистыми неоднороднозернистыми вулканомиктовыми песчаниками. Довольно редко встречаются линзообразные прослои вулканомиктовых алевролитов и аргиллитов, реже сланцев. Вулканомиктовые песчаники имеют отчетливое слоистое сложение за счет разной степени окраски полос, местами породы сильно рассланцованы, раздроблены. На отдельных участках (преимущественно в верхних частях разреза) отмечается реликтовая косая слоистость, подчеркиваемая распределением магнетитовых шлихов (мощность до 20 мм, угол падения 7° – 20°). В пачках конгломератов слоистость отсутствует. Мощность отложений воронежской свиты меняется от 0 до 2,5-3,0 км. По данным бурения (единичные скважины) породы воронежской свиты залегают на корах выветривания усманских гранитоидов и пород лосевской серии.

Структурно-текстурные особенности пород воронежской свиты указывают на ее формирование в условиях межгорных впадин и непосредственной близости от источника сноса, в режиме, идентичном условиям лавинной седиментации. Как правило, мощные толщи песчано-галечных отложений образуются и сохраняются там, где имеется расчлененный рельеф, что подразумевает высокую тектоническую активность во время осадконакопления или непосредственно перед ним. Многие конусы выноса ассоциируются со сбросами и связаны с развивающимися грабенами и впадинами растяжения, либо выполняют впадины, граничащие с недавно приподнятыми областями сноса (вследствие континентальной коллизии) и являются типичными молассовыми отложениями многих орогенных поясов (Гарагаш, 2000; Конюхов, 1987; Лидер, 1986; Седиментология, 1980). Конгломераты с цементом базального типа, которые, как правило, лишены какой-либо внутренней текстуры, обычно приписываются процессам, связанным с гравитационными потоками высокой вязкости. Некоторые пласты такого типа перекрываются пластами песчаника, что придает разрезу параллельную или слабонаклонную слоистость и интерпретируется как продукт стадий ослабевания потока. Не исключается возможность формирования отложений воронежской свиты в пределах остаточных бассейнов коллизионного типа.

Состав галек конгломератов воронежской свиты весьма разнообразен и характеризуются следующими типами пород: диабазы и диабазовые порфириты, андезиты, дациты, андезитодациты,

Рисунок 1. Схематическая

геологическая карта центральной

части Лосевской шовной зоны

(по В.М.Лосицкому, С.П.Молоткову

и др. 1999)

Рисунок 2. Схематический геологический разрез воронежской свиты в районе г.Воронеж (по В.М.Богданову и др., 1981)

1 – осадочный чехол; 1 – 5 – воронежская свита (1 – вулканомиктовый песчаник; 2 - вулканомиктовый алевролит; 3 - конгломерат); 5 – магнетитовый шлих; 6 – кора выветривания; 7 – гранитоиды усманского комплекса; 8 – дайки диабазов

реже аподиабазовые сланцы и эпидозиты (всех до 60%), плагиопорфиры, риодациты и порфироиды (до 15%), плагиограниты и плагиомигматиты (до 25%), габбро-амфиболиты и апопироксенитовые породы (до 5%) и сланцы (до 2%) (Зайцев, 1979). Цементирующая масса конгломератов неоднородная: от среднезернистых вулканомиктовых песчаников до грубозернистых гравелитов, сложенных округлыми и остроугольными обломками кварца (от 0,040,06 мм до 0,81,0 мм), серицитизированными, эпидотизированными зернами плагиоклаза (0,30,6 мм), слабо окатанными пелитизированными зернами микроклина, хорошо окатанными обломками (от 0,50,6 мм до 1,52,0 мм) фельзитов, микродиабазов, порфиритов; широко развиты хлоритовые, серицит-эпидот-цоизитовые агрегаты. Вулканомиктовые образования свиты прорваны серией даек основного состава.

Изучение вещественного состава проводилось с помощью ранее опробированных методов [10]. Петрохимические параметры вулканомиктовых пород воронежской свиты указывают на следующее. Породы обладают признаками, свойственными грауваккам повышенной основности или основного состава, что проявляется в преобладании натрия над калием (Na20/K20>1), закисного железа над окисным (FeO/Fe2О3>1), содержании SiO2<68,5% (Шванов, 1987). Признаки граувакк для вулканомиктовых пород свиты подтверждаются серией диаграмм (Предовского А.А., 1970 и Pettijohn et al., 1972).

По особенностям гравитационного поля (по В.М.Богданову, 1981 и А.И.Бесковой, 1985) в пределах распространения воронежской свиты широко развиты поля эффузивов и метаэффузивов основного и среднего состава, приуроченные к зонам тектонических нарушений. Характерной особенностью структуры данных полей является ярко выраженное линейное (ширина 0,5 – 2 км; длина 10 – 50 км), дугообразное, S-образное и полукольцевое строение. Кольцевые, изометрично-округлые структуры по геофизическим данным рассматриваются как вулканические постройки и вулканы центрального типа, такие как БВПС.

Байгоровская вулканоплутоническая структура. БВПС формирует отдельное поле среди терригенных и вулканогенно-терригенных отложений воронежской свиты (рис. 1). Наиболее полный разрез установлен в районе с.Верхняя Байгора, где выявлена древняя вулканическая постройка, хорошо выделяющаяся кольцевой положительной магнитной аномалией на слабомагнитном фоне осадочных отложений воронежской свиты (рис. 3).

Морфологически постройка представляет собой кальдеру размером 10 км в поперечнике, которая хорошо выражена в рельефе кровли кристаллического фундамента. Вулканогенные образования слагают внешнее кольцевое обрамление кальдеры, а в центральной части расположена интрузия гранитоидов, предположительно ольховского магматического комплекса (габбронорит-гранитная формация). Западная часть постройки сложена образованиями жерловой, субвулканической и субинтрузивной фаций (по И.Н.Быкову, В.А.Канцерову, 1981). В восточной части разрез БВПС представлен толщей преимущественно эффузивных и пирокластических (подчиненное распространение) пород вулканического конуса с небольшими по мощности дайками и субвулканическими телами основного состава.

В 10 – 12 км на северо-запад от БВПС вскрыты вулканические породы, петрографические особенности которых (крупные порфировые выделения) указывают на их принадлежность к субвулканической фации. Преобладающими породами в разрезе БВПС являются андезиты и их лавобрекчии (86% от объема пород), на долю базальтов приходится 10%, андезидацитов – 3%, микрогаббро – 1%.

В результате сравнительного анализа геологии и вещественных особенностей БВПС и пород воронежской свиты установлено следующие: 1) в гальке конгломератов воронежской свиты вулканиты БВПС отсутствуют; 2) вмещающими породами для БВПС являются исключительно отложения воронежской свиты; 3) геологическое соотношение позволяет говорить о более «позднем» формировании вулканических построек байгоровского типа относительно накопления мощных отложений воронежской свиты. Вышеизложенное позволяет говорить, что породы БВПС венчают разрез воронежской свиты, образуя с ней единый вертикальный геодинамический ряд. Обстоятельство относительно метаморфизованности указанных СВК, по мнению автора, чрезмерно гиперболизируется, так как вулканомиктовые породы в разрезе свиты и вулканические породы палеовулкана различны по своей первичной эффективной пористости, а, следовательно, в различной степени подвергаются вторичным наложенным процессам. Развитие вулканических построек в орогенных условиях достаточно кратковременно, как правило, проявляется на завершающих стадиях развития орогенов и при последующем размыве их следы могут сохраняться лишь в депрессиях. Классическим примером подобных структур является Хоттакиикский грабен в Туркестано-Алайском секторе Южного Тянь-Шаня (Ненахов, 1999).

Второе защищаемое положение: Структурно-вещественные комплексы (СВК) позднеколлизионного вертикального геодинамического ряда сформировались в возрастном интервале 2050-2030 млн. лет.

Бесспорным является факт залегания воронежской свиты на корах выветривания гранитоидов усманского комплекса (2096±4,8 млн. лет (Минерагенические…, 2007)), который в свою очередь, прорывает породы подгоренской толщи лосевской серии. Наличие серпентинитового меланжа шукавского комплекса, слагающего протрузию среди поля распространения воронежской свиты, свидетельствует о перекрытии последней офиолитового шва – сутуры, отвечающего коллизионному этапу. Другими словами, возраст рассматриваемой свиты по геологическим данным син- (поздне-) или посторогенный. С другой стороны, ольховский комплекс, пространственно ассоциирующий с воронежской свитой и синхронизирующийся с ней, показывает доколлизионный возраст (2050±23 млн. лет (Чернышов и др., 1998)), если возраст коллизии отождествлять с бобровским комплексом (2022±3 млн. лет (Минерагенические…, 2007)). В связи с существующей проблемой необходимо, во-первых, получить возрастные данные по БВПС, венчающей разрез воронежской свиты, а во-вторых, уточнить возраст коллизии.

Установление геохронологического возраста проводилось на основании определения U/Pb-изотопов в цирконах из андезитовых порфиритов БВПС по технологии SHRIMP II. Датирование единичных кристаллов является более целесообразным в силу того, что небольшие навески цирконов, состоящие из нескольких сотен индивидуальных кристаллов, в ряде случаев при валовом датировании монофракции, не дают конкордий, либо усредняют возраст разных событий.

Основная масса акцессорного циркона из андезитовых порфиритов БВПС имеет призматический, удлиненно-призматический, реже изометричный облик [7]. Габитус гиацинтового типа, иногда встречается цирконовый тип. Выделяется два вида циркона: первый вид - относительно крупные трещиноватые зерна (0,18 0,06 мм), интенсивно окрашенные в коричневато-розовые тона, и второй - мелкие (0,06 0,056 мм), как правило, изометричные, прозрачные, неокрашенные хорошо сформированные кристаллы. В цирконах часто отмечаются газово-жидкие включения.

Длина цирконов изменяется от 0,03 до 0,32 мм. Ширина колеблется в пределах 0,025 - 0,12 мм. По коэффициенту удлинения цирконы находятся в интервале от 1 до 10,50. Значения коэффициента удлинения (от 1 до 6,5) соответствуют логнормальному закону распределения (рис. 4), пик частоты встречаемости приходится на 1,5. Это подчеркивает на преобладание короткопризматических относительно изометричных зерен.

Анализировались наиболее мелкие прозрачные зерна акцессорного циркона. Катодолюминесцентное фотографирование вскрыло их внутреннюю неоднородность в виде зональности (рис. 5) – наличие зон роста вокруг ядра, - свидетельствующей о первичной магматической природе пород (Ляхович, 1968; Краснобаев, 1986 и др.). В ряде случаев, кристаллы многозональны. Ширина зон колеблется в различных пределах, причем в одном и том же секторе нарастания. Многозональные кристаллы отличаются асимметричностью строения. Большое количество зон роста свидетельствует о пульсирующем характере эволюции минералообразующей среды, изменении ее свойств (флюидонасыщения, температуры и др.), оказывающих влияние на более интенсивный рост призм или пирамид (Генерационный анализ…, 1989; Pupin, 1980).

Косвенным признаком изменения свойств минералообразующей среды для акцессорных цирконов из андезитовых порфиритов БВПС является микрорельеф (фото 1): округлые ребра (возможно результат ретроградной стадии в процессе кристаллизации), неровная шероховатая поверхность граней, углубления (результат растворения).

Интерпретация изотопных данных по 10 зёрнам акцессорных цирконов (рис. 6.) показала конкордантный возраст пород БВПС - 2039±11 млн. лет (рис. 7.). Полученные достаточно надежные по цирконам данные БВПС ставят под сомнение принятые представления (Чернышов и др., 1997) о возрасте коллизии в соответствии с приведенной датировкой бобровского комплекса. В то же время, она очень логична в свете новейших данных (Кременецкий и др., 2007), установленных в процессе изучения околоскважинного пространства по геологическому сопровождению параметрической скважины (ВП-1). В соответствии с ними возраст бобровского комплекса по цирконам (SHRIMP II) несколько древнее и равен 2050±13 млн. лет. Таким образом, кульминация коллизионного процесса в свете новейших данных несколько удревняется и соответствует уровню 2050 млн. лет.

Рисунок 6. Катодолюминесцентные фотографии акцессорных цирконов из андезитовых порфиритов БВПС с указанием аналитических точек

Предполагая растянутость коллизионного процесса во времени с учетом погрешности определения возраста по цирконам, воронежскую свиту и ее составляющую часть – Байгоровскую вулканоплутоническую структуру - следует рассматривать как позднеорогенный СВК, что подтверждает предварительные выводы, полученные по геологическим данным (см. первое защищаемое положение).

Третье защищаемое положение: Структурно-вещественные комплексы позднеколлизионного вертикального геодинамического ряда завершают эволюцию Лосевской шовной зоны, в целом включающей три этапа: деструкцию Сарматии (стрелицкое время), заложение и развитие активной окраины (подгоренское время) и последующий орогенез (коллизию), заключительная стадия которого проявилась в воронежское время.

Палеогеодинамические условия образования воронежской свиты установлены на основании анализа геологических, петрографических данных в совокупности с дискриминантными диаграммами. Положение фигуративных точек составов образований воронежской свиты на диаграммах Bhatia (1983) (рис. 8а), Maynard et al. (1972) (рис. 8б), Roser & Korsch (1986) (рис. 8в), Коссовской и Тучковой (1988), указывает на её формирование за счет размыва пород активной континентальной окраины либо непосредственно островной дуги [3] Всё это логично объясняется размывом пород лосевской серии (подгоренская толща) соответствующей указанным условиям.

Рисунок 8. Диагностические диаграммы для вулканомиктовых пород воронежской свиты

а) Диаграмма Bhatia (1983): A - островные дуги с корой океанического типа; B - островные дуги с корой континентального типа; C - активные окраины континентов; D - пассивные окраины. б) Диаграмма Maynard et al. (1972): пересекающиеся линии - стандартные отклонения от средних составов современных песков из различных геодинамических обстановок. Пассивные обстановки: ТЕ - интерконтинентальные рифты и авлакогены. Бассейны активных континентальных окраин, сопряженные: со сдвиговыми дислокациями (SS), с окраинно-континентальной магматической дугой (СА), с океанической вулканической дугой (бассейны: FA - преддуговые и ВА - задуговые). в) Диаграмма Roser & Korsch (1986)

Породы БВПС по площадям распространения и петрографическим особенностям условно разделены на три ареала северный, западный и восточный. Условия формирования определялись на основании анализа петрохимических, геохимических и изотопно-геохимических материалов. Для вулканитов восточного, западного и северного ареалов отмечается полимодальное распределение кремнезема и ряда породообразующих окислов. Анализ редкоземельных и редких элементов в андезитовых порфиритах северного и западного ареалов показал их очевидную геохимическую гетерогенность.

Для геотектонической дискриминации изученных пород использовались различные диаграммы, основанные на геохимических отношениях, апробированных ранее для протолитов позднеархейских гнейсов [10]. Микроэлементный состав обоих типов андезитовых порфиритов близок, хотя уровни накопления элементов заметно отличаются, наиболее высокие значения в породах северного ареала [12]. Тренды некогерентных элементов в исследуемых породах, нормализованные по первичной мантии и спектры распределения редкоземельных элементов близки спектрам редких элементов в континентальной коре [9] (рис. 9а). Они осложнены Sr-минимумом, слабо выраженными Nb-, Pb-, Hf-максимумами, что является признаком контаминации магм материалом континентальной коры (Грачев, 2003; Коваленко и др., 2007). Дискриминантные диаграммы типа Zr-Zr/Y (Pearce, 1979), Zr/Nb-Y/Nb и Сe/Y-La/Nb (Hoffman,1997), La/Ta-La/Sm (Lassiter, DePaolo, 1997), La/Nb-Nb/Th (рис. 9б) и др., изотопно-геохимические отношения в андезитовых порфиритах БВПС (143Nd/144Nd=0,5116; N=3,33-3,87) это подтверждают [8].

Рисунок 9. Диагностические диаграммы для андезитовых порфиритов БВПС

а) Спектры некогерентных элементов, нормализиванные к первичной мантии: СС – среднее значение элементов в континентальной коре; МКП – мантийный плюм, действующий на континентальную кору; OIB – океанические острова; E-MORB – обогащенные базальты; N-MORB – нормальные базальты. б) Диаграмма La/Nb-Nb/Th. в) Диаграмма Г.Б.Ферштатера (1987): I-III поля пород производных разных исходных магм: I – толеитовой океанической; II – толеитовой континентальной и островодужной: III – орогенной андезитовой, толеитовой, толеитовой повышенной щелочности, латитовой

Сообщество пород БВПС на диагностической диаграмме Г.Б.Ферштатера (1987) соответствует уровню орогенных андезитов. В то же время ряд диаграмм (Ta/Yb-Th/Yb Peаrce, 1983; Ce/Pb-Ba/La Haase, 1996) указывает на субдукционную природу изученных пород, что несколько противоречит геологическим данным. Субдукционная компонента, по всей видимости, отражает унаследованность геохимических особенностей за счет плавления СВК раннего, собственно субдукционного этапа, предшествовавшего коллизии, при этом в качестве очагов плавления могла выступать новообразованная субконтинентальная кора островных дуг.

Таким образом, вулканиты восточного, западного и северного ареалов БВПС являются результатом полигенного магматического центра, представляющего собой вертикальный ряд синхронных магматических очагов с разнотипными расплавами. Очаги магмогенирации подкорового типа унаследованы от предыдущей субдукции, но при этом несут следы проявленной в различной степени коровой контаминации.

В результате проведенных исследований установлено, что воронежская свита и БВПС образуют единый вертикальный геодинамический ряд, отвечающий позднеорогенному этапу развития ВКМ коллизионного типа [2, 4]. Время коллизии, судя по возрасту бобровского комплекса (2050±13 млн. лет) [Кремененцкий и др., 2007] и пород БВПС (2039±11 млн. лет) укладывается в возрастную вилку 10 млн.лет.

Напомним, что на геодинамическую эволюцию ВКМ существует несколько точек зрения. Наиболее ранняя модель развития ВКМ с позиции плитного тектогенеза предложена в 1997 году [Чернышов и др., 1997], а затем изложен ее более поздний усовершенствованный вариант [Ненахов, 1999]. Необходимо отметить, что существуют и другие, более поздние модели геодинамической эволюции ВКМ, которые излагают принципиально новые взгляды на формирование структуры ВКМ (Буш и др., 2000; Щипанский и др., 2007). Несмотря на это, модель, изложенная в работе (Ненахов, 1999), а позднее в (Минерагенические…, 2007) является базовой, хотя и нуждается в дополнительной корректировке с учетом полученных новых данных. Согласно упомянутым работам в раннепротерозойском цикле развития ВКМ можно выделить следующие этапы: энсиалического рифтогенеза, спрединга и автономного развития Хоперского и Курского континентов, субдукционный, коллизионный, постколлизионный рифтогенный и раннеплатформенный.

Полученные новые данные по геологии, вещественному составу и возрасту воронежской свиты с учетом ранее установленных условий формирования сопряженных с воронежской свитой комплексов (табл.), позволяют предположить новую, уточненную модель развития ЛШЗ ВКМ в палеопротерозое. В контексте развития всего ВКМ эволюция тектонических процессов, в результате которых сформировалась ЛШЗ, предопределила закономерную смену тектонических обстановок, отвечающих в целом циклу Уилсона. Достаточно четко выделяются стадии деструкции архейского блока Сарматии и последовательного развития континентального рифта в межконтинентальный, затем субдукционная стадия, сменяющаяся коллизионной. Рассмотрим перечисленные стадии подробнее.

Таблица

Палеогеодинамические условия формирования СВК, сопряженных с воронежской свитой

СВК (рис.1)	Палеогеодинамические условия формирования / обоснование
Лосевская серия, стрелицкая толща	Деструкция континентального блока / контрастная базальт-плагиориолитовая формация
Лосевская серия, подгоренская толща	Островная дуга / непрерывнодифференцированная известково-щелочная плагиобазальт-андезит-плагиориолитовая
Шукавский верлит-габбровый комплекс	Закрытие океанического бассейна / серпентинитовый меланж офиолитового шва [11]
Ольховский монцонит-габбронорит-гранитный комплекс	Внутриплитная обстановка / бимодальный комплекс

На первой стадии за счет плюмового воздействия на континентальную структуру на рубеже 2,5 – 2,4 млрд. лет произошла деструкция континента и откол континентального блока, дальнейшая эволюция которого неизвестна. Указанный временной интервал является глобальным. Именно с ним связанна деструкция одной из Пангей (Пангея 0, по В.Е.Хаину). Не исключено, что он был позднее присоединен к континенту Волго-Уралия, который по времени своего возникновения относится к этому этапу, а при завершающем коллизионном процессе выступал в качестве пассивной окарины (Хоперский мегаблок) с мощным осадочным комплексом. При деструкции откололось, по-видимому, и несколько более мелких блоков, которые затем были вовлечены в шовную зону в качестве террейнов, о чем, в частности, свидетельствует присутствие в зоне влияния ЛШЗ Россошанского блока. В процессе континентального, а затем межконтинентального рифтинга сформировалась бимодальная стрелицкая толща лосевской серии, за счет магмогенерации в результате возбуждения очагов плавления как в коровых, так и в мантийных условиях (рис. 9). На второй стадии континентальный рифт перешел в межконтинентальный с заложением достаточно широкого океанического пространства, свидетельством чего является шукавский меланж, маркирующий более позднюю сутуру, и законсервированный осадками воронежской свиты.

На третьей стадии условия растяжение и спрединг сменились субдукционными условиями с заложением островной дуги, а точнее активной окраины периконтинентального типа, при которой вулканическая дуга закладывалась практически на сопряженной зоне между деструктивной частью континента и новообразованной океанической корой. Вулканическая дуга сформировалась за счет вулканических пород унимодального непрерывно дифференцированного типа (подгоренская толща лосевской серии). Об участии в магмогенерации океанического основания свидетельствует ассоциация с вулканитами непрерывнодифференцированного типа лосевской серии плагиогранитов М-типа (усманский комплекс), характерного для дуг с океаническим основанием. В тоже время непосредственная сопряженность стрелицкого и подгоренского типов лосевской серии не позволяют предполагать сколько-нибудь значимых размеров задуговых зон или аналогичных им структур. Косвенным признаком задугового растяжения может быть развитие мафитовых массивов рождественского комплекса, хотя природа последнего однозначно не установлена.

На коллизионной стадии, механизм которой достаточно подробно рассмотрен ранее (Минерагенические…, 2007), сформировалась структура, черты которой сохранились в общем виде до настоящего времени, претерпев лишь незначительные изменения. С учетом новейших возрастных датировок, следует отметить, что кульминационная стадия процесса коллизии, репером которой являются гранитоиды бобровского комплекса, вопреки уже устоявшемуся мнению проявилась несколько древнее в интервале 2,05 - 2,04 млрд. лет. В этой связи, полученные возраста в 2,039 млрд. лет по БВПС логично укладываются в позднеорогенный этап развития ВКМ вообще и ЛШЗ в частности. В силу этого, противоречие в датировках исчезает, как и исчезает необходимость привлечения механизма шарьирования для объяснения структурного положения воронежской свиты.

После закрытия океанической структуры за счет разрушения островодужного комплекса на фоне режима затухания очагов мантийной магмогенерации сформировались отложения воронежской свиты, которые перекрыли и законсервировали офиолиты сутурной зоны, а затем послужили «рамой» для протрудирования серпентинитового шукавского меланжа [11]. К концу раннего протерозоя интенсивность тектонических процессов заметно снизилась, и ВКМ вступил в фазу платформенного развития и формирования структуры осадочного чехла. За счет предколлизионнй субдукции очаги мантийной магмогенерации продолжали какое-то время действовать в инерционном режиме, при этом, на завершающей стадии орогенеза заложились и очаги коровой магмогенерации, что послужило формированию БВПС [5, 6].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных исследований воронежской свиты ВКМ сводятся к следующему:

1. Воронежская свита и БВПС образуют единый вертикальный геодинамический ряд.

2. Воронежская свита отвечает позднеорогенной стадии развития палеопротерозойской коллизионной структуры ВКМ. Завершение образования свиты синхронизируется с формированием БВПС, и отвечает геохронологическому возрасту в 2039±11 млн. лет.

3. Накопление осадков воронежской свиты происходило после закрытия океанической структуры (о чем свидетельствуют протрузии серпентинитового меланжа) за счет разрушения островодужного комплекса (подгоренская толща лосевской серии), доминирующего в орогене.

4. Геохимические и изотопно-геохимические данные подтверждают, что очаги магмогенерации БВПС, частично унаследованные от субдукционной стадии носят черты мантийных и коровых выплавок одновременно. Последнее обстоятельство характерно для постсубдукционной коллизии на завершающей ее стадии.

5. Уточнена геодинамическая модель эволюции ВКМ в палеопротерозое, в частности ЛШЗ, включающей этапы: деструкция Сарматии (стрелицкое время), заложение и развитие активной окраины (подгоренское время) и последующий орогенез на стадии коллизии (воронежское время).

6. Полученные новые данные по геологии воронежской свиты и сопряженным с ней комплексам предполагают внести в действующую легенду раннего докембрия ВКМ ряд существенных изменений касательно шукавского, ольховского комплексов и БВПС, а также пересмотреть их минерагенический потенциал.

7. Породы в основании воронежской свиты, залегающие со стратиграфическим и структурным несогласием, перспективны в отношении уранового оруденения, серпентинитовый меланж шукавского комплекса – на предмет хромитового и платинометального оруденения, а БВПС – на золото.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Бондаренко С. В. Воронежская свита как реперный структурно-вещественный комплекс в геодинамической модели формирования ВКМ // География. Геоэкология. Геология: междунар. науч. конф. студ. и аспир., 19-20 апр. 2007г. - Днепропетровск - С. 13 - 14.

2. Бондаренко С. В., Золотарева Г. С. К вопросу о возрасте и структурном положении Воронежской свиты в связи с проблемами геодинамической модели Воронежского кристаллического массива (ВКМ) // Строение литосферы и геодинамика: материалы XXII всероссийской молодежной конференции, 24-29 апр. 2007 г. - Иркутск - С. 217 - 218.

3. Бондаренко С. В. Воронежская свита: субдукционный или внутриплитный комплекс? // Геологи XXI века: материалы 8 Всерос. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов, 28-30 мар. 2007 г. - Саратов - С. 90 - 91.

4. Бондаренко С. В. О возрасте реперных структурно-вещественных комплексов Лосевской шовной зоны Воронежского кристаллического массива как индикаторов тектонических условий ее эволюции // Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии: материалы XVIII молодежн. науч. конф., посвящ. памяти чл.-кор. АН СССР К.О.Кратца, 8-13 окт. 2007 г. – Санкт-Петербург - С. 5 - 6.

5. Бондаренко С. В. К вопросу о связи вулканитов Байгоровской и Калачеевской структур в контексте проблем геодинамической модели развития ВКМ // Тезисы докладов 4-й Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле - Новосибирск, 2008. - С. 58 - 59.

6. Бондаренко С. В. К вопросу о природе байгоровских вулканитов (Воронежский кристаллический массив) // Молодые - наукам о земле: материалы межвуз. науч. конф. студ., аспирантов и молодых ученых - М., 2008. - С. 9.

7. Бондаренко С. В., Золотарева Г.С. Типизация цирконов в породах Байгоровской вулканоплутонической структуры (Воронежский кристаллический массив) // Геологи 21 века: материалы 9 Всерос. науч. конф. студ., аспирантов и молодых специалистов. - Саратов, 2008. - С.45 - 46.

8. Бондаренко С. В. К вопросу о генезисе вулканитов Байгоровской структуры ВКМ на основании Sm/Nd моделирования // Месторождения природного и техногенного минерального сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поисков, экологическая геология : материалы междунар. конф., посвящ. 90-летию Воронеж. гос. ун-та, г. Воронеж, 12 - 16 нояб. 2008 г. - Воронеж - С. 403 - 404.

9. Бондаренко С.В. К вопросу о природе Байгоровской вулканоплутонической структуры Воронежского кристаллического массива. Анализ распределения редкоземельных элементов // Материалы I Междунар. научно-практич. конф. молодых ученых и специалистов, посвящ. пам. акад. А.П.Карпинского, 24 – 27 февраля, 2009 г.– Санкт-Петербург, 2009. – С. 326 - 329

10. Сиротин В.И., Войцеховский Г.В., Бондаренко С.В. Протолиты позднеархейских гнейсов кольско-беломорского нерасчлененного комплекса северо-восточной части Балтийского щита (участок "Губа Печенга") // Вестн. Воронеж. гос. ун-та. Сер. Геология. – Воронеж. – 2005. - №1. - С. 113 -124

11. Бондаренко С.В. Серпентинитовые протрузии как фактор формирования дофанерозойского палеорельефа территории Воронежской антеклизы // Вестн. Воронеж. гос. ун-та. Сер. География. Геоэкология. – 2009. – №2. - С. 21 – 27

12. Бондаренко С.В., Золотарева Г.С., Ненахов В.М. Природа андезитовых порфиритов Байгоровской вулканоплутонической структуры Воронежского кристаллического массива (ВКМ) // Вулканизм и геодинамика: Материалы IV Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии, 22-27 сентября 2009 года, Камчатский край, г. Петропавловск-Камчатский. - Петропавловск-Камчатский, 2009. - С. 283 - 286

Работы [10, 11] опубликованы в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК РФ

БОНДАРЕНКО СВЕТЛАНА ВЛАДИМИРОВНА

ГЕОЛОГИЯ, ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ И ПАЛЕОГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ

ПРИРОДА ВОРОНЕЖСКОЙ СВИТЫ И СОПРЯЖЕННЫХ С НЕЙ КОМПЛЕКСОВ

(ВОРОНЕЖСКИЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАССИВ)

Специальность 25.00.01 – Общая и региональная геология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Подписано в печать 30.10.2009 г.

Формат 6084/16. Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 150 экз. Заказ №_______.

______________________________________________________________________

Отпечатано в типографии

Воронежский ЦНТИ – филиал ФГУ «Объединение

«Росинформресурс» Минпромэнерго России

Воронежского государственного университета.

394730, г.Воронеж, пр. Революции, 30